A 3D modellezés egy olyan folyamat, amelyben egy tárgyat vagy építményt digitális formában ábrázolunk, hogy leképezzük annak felületét. A modellezés és visszamodellezés egymástól nem teljesen elválasztható fogalmak. Az alábbiakban végigvesszük, mit is jelent a 3D modellezés alapszótárában ez a két metódus, hogyan egészítik ki/tökéletesítik egymást, mely területeken nélkülözhetetlen a használatuk és mit tartogat a jövő.
A 3D modellezés folyamata
Hogy képzeljük el a folyamatot?
3D modellezéssel egy digitális modellt hozunk létre meglévő tárgyról (visszafejtő mérnöki tervezés, reverse engineering) vagy újat tervezünk. A visszafejtő mérnöki tervezésnél az első lépés az, hogy a tárgy felületéről adatokat gyűjtünk. Az adatgyűjtés általában olyan eszközzel történik, ami a különböző textúrájú és felületi minőségű felületeket le tudja képezni. Ilyen eszköz a 3D lézerszkenner, amely a felületről felvett pontokból felületi hálót (mesh) hoz létre. A felületi háló használható a tárgy dimenzionális mérésére, szabadfelületek leképezésére és közvetlenül a visszafejtő mérnöki tervezéshez. A felületi háló leggyakrabban használt fájlformátuma az STL, ami közvetlenül felhasználható 3D nyomtatáshoz.
Mit kezdjünk a hibákkal?
Ez a háló bizony még tartalmazhat hibákat: például az alkatrész felületén lévő sérüléseket, az apró, a kamerával nem látható vagy csillogó felületrészek hiányát, illetve a sík felületek gyártásából vagy használatából eredő hullámosságot.
Ezeknek a hibáknak egy adott százaléka javítható és javítandó is a hálón. A 3D nyomtatáshoz a legtöbb esetben ez a háló már közvetlenül felhasználható. De előállhat olyan eset is, hogy a hálón több a javítani való, mint a megtartható részlet, ilyenkor érdemes az alkatrész más technológiával történő újraszkennelését választani.
Felhasználási területek
A 3D modellezés és a 3D modellekből kinyerhető információk nagyon fontos szerepet játszanak a méréstechnikában. A 3D modelleket számos iparágban használják, mint például a film, az animáció, a játék, a belsőépítészet. A 3D modellezés egyre nagyobb térnyerésével a felhasználási területek száma növekszik, ma már nagyon sokféle területen használható, például építmények tervezésekor, illetve gépipari tervezés, gyártás vagy minőségellenőrzés során, de legjobban talán azokon a területeken, ahol egy objektum (tárgy vagy akár élőszövet) nagyon sérülékeny, ezért kimondottan széleskörű az orvostudományi területen történő felhasználása. Az orvostechnikai iparban az anatómia interaktív reprezentációinak létrehozására használják egyre szélesebb körben.
Visszamodellezés, visszafejtés, reverse engineering – mi is ez pontosan?
Hogyan zajlik a fordított tervezés folyamata?
A reverse engineering egy folyamat, amely során egy adott termék, rendszer vagy szerkezet működését és felépítését próbálják megismerni és megérteni annak érdekében, hogy újraalkothassák, javíthassák vagy módosíthassák azt. Cél lehet a technológia reprodukálása, a működési elvek elemzése, megtanulása vagy a gyenge pontok azonosítása és korrigálása. A 3D modell felépítésekor a hagyományos parametrikus modellezés eszköztárán kívül több a reverse engineering, vagyis visszafejtés technikájára szabott megoldással elérhető, hogy a mért alkatrész hibáit kijavítva készüljön el a gyártmánymodell.
A „fordított” eljárás tulajdonképpen a már meglévő objektumtól halad visszafelé a dokumentáció irányába. Például amikor egy elhasználódott fröccsöntő szerszám alapján szeretne valaki egy újat legyártani, de nincs meg hozzá sem a rajz, sem az eredeti 3D modell. Ilyen esetben a szkennelést követő pár napon belül hozzájuttatjuk az új alkatrész tökéletes legyártásához szükséges precíz és minden adatot magában foglaló 3D modellhez és rajzokhoz. Ha ilyen esettel szembesül, mindenképpen forduljon hozzánk, szívesen segítünk!
Milyen esetekben hatékony a visszamodellezés?
A visszafejtés hatékony eszköz a rejtett, esetleg hibás tervezési részletek felfedezésére különféle termékekben és rendszerekben, beleértve a mechanikai eszközöket és elektronikus alkatrészeket. Visszamodellezésre leggyakrabban akkor van szükség, ha (sérült, kopott) tárgyak, alkatrészek újragyártásáról van szó, vagy egy objektumhoz nem áll rendelkezésre dokumentáció (vagy ami rendelkezésre áll, az nem elég pontos/részletes).
A 3D visszamodellezés segítségével megbízható pontossággal valósulhat meg a műszaki alkatrészek és komponensek CAD modelljeinek előállítása. Amennyiben például nem áll rendelkezésre egy fontos alkatrész tervrajza, az adott termék szkennelésével és visszamodellezéssel előállíthatóvá válik. Ennek köszönhetően kevesebb idő szükséges ahhoz, hogy a mérnökök elvégezzék a tervezési feladatokat, és elérhessék a kívánt eredményeket.
A visszamodellezésből származó információk többféle módon és célból használhatók fel, legyen az akár a régi alkatrészek újragyártása, versenyelőny megszerzése vagy akár a költségek csökkentése. Például visszafejtés során a versenytárs termékének részletes vizsgálatával megtalálhatjuk a módját, hogy hogyan lehet jobbá és olcsóbbá tenni az adott terméket.
Milyen mérőeszközt használjunk a különböző 3D modellezéses és visszamodellezéses kihívásokhoz?
A legjobb eszközök, melyek maximális hatékonysággal lehetnek alkalmasak 3D modellezés és visszamodellezés támogatására
Speciális méréstechnikai és olyan feladatokra, ahol a pontosság kritikus szempont, a Werth koordináta-mérőgépeit ajánljuk. A Werth koordintáta-mérőgépek a szenzorok szerint több csoportba sorolhatók:
- Az első csoport az optikai szenzoros vagy multiszenzoros gépek, melyeken megtalálhatók a különböző kamera-, lézer-, kromatikus fókuszú, tapintós stb. szenzorok. Érintésmentes és gyors jelátvitel fény segítségével. Az optikai metrológia előnyei az érintésmentes mérésben rejlenek. Ez lehetővé teszi az érzékeny és apró mérendő részletekkel rendelkező munkadarabok mérését. Az érintésmentes mérés szükségtelenné teszi az időigényes beállítást, ami nehézkes lenne kisméretű vagy rugalmas munkadaraboknál. Rendkívül pontos mérések az érzékelő mozgatása nélkül, mindhárom térbeli irányban? Még ennél is többet tudnak multiszenzoros gépeink.
A több szenzor egyetlen multiszenzorba való kombinálása egyszerűbb használatot és a mérési idő megtakarítását teszi lehetővé az érzékelőváltási ciklusok kiküszöbölése miatt. A különböző szenzorműködtetési módoknak köszönhetően a szabadalmaztatott CFZ nagyfokú rugalmassággal rendelkezik. A szenzormozgatás hiánya miatt gyakran kisebb és így költséghatékonyabb mérőgép is alkalmazható.
Egyéb előnyök. Kicsi mérési hiba a telecentrikus zoom optika nagy nagyítási tartománya miatt. Az intelligens kontúrkép-feldolgozás képes több geometriai elemet és szabadformát érzékelni a mérőablakban. A kromatikus mérési elv miatt a felületi tulajdonságoktól nagymértékben független mérés a vizsgálati darab felületén. Gyors érzékelőcsere mechanikus mozgás nélkül. A kromatikus érzékelő nagy mérési tartománya lehetővé teszi a gyors letapogatást annak mozgatása nélkül, ami még rövidebb mérési időket tesz lehetővé. Az átlátszó anyagok rétegvastagsága is mérhető (opcionális).
- A második nagy csoport a CT (Computed tomography) szenzorral felszerelt koordináta-mérőgépek. A CT gépek röntgennyalábbal világítják át a vizsgálati darabot, majd a projekciós képekből egy térfogati képet készítenek, amely alkalmas méréstechnikai feladatokhoz és a térfogatjellegű anyagfolytonossági hibák vizsgálatára. Gyors, 3D-s teljes mérés belül és kívül, a legnagyobb felbontásban.
A nagyteljesítményű hardver és az intelligens mérőszoftver lehetővé teszi a számítógépes tomográfiával ellátott koordináta-mérőgépek számára, hogy egyre nagyobb pontosságot és mérési sebességet érjenek el. Ez azt jelenti, hogy az ipari komputertomográfiát a laboratóriumi és mérőhelyiségek mellett a termeléshez közeli gyors 3D mérésekhez és a statisztikai minőségellenőrzéshez (SPC) is fel lehet használni. Más érzékelőkkel ellentétben a teljes háromdimenziós munkadarab térfogata, beleértve az alámetszéseket és a belső, alámetszett felületeket is, mindig elérhető mérési eredményként egy gombnyomással.
Előny az is, hogy nagy térbeli felbontást és ezáltal alacsony mérési bizonytalanságot garantál. A szerkezeti felbontás tovább javítható speciális mérési módszerekkel, mint például a Multi-ROI és a raszteres tomográfia. A képfelvétellel párhuzamos valós idejű rekonstrukció azonnal elérhetővé teszi a mérési eredményeket a szkennelési folyamat végén. A mérési idő csökkentése gyártásközi méréseket tesz lehetővé nagy áteresztőképesség mellett.
- A Creaform 3D szkennerek a vizsgálati darabok külső felületéről készítenek digitális háromdimenziós képet (felületi pontfelhőt, hálót). A felületi pontfelhő alkalmas a visszafejtő mérnöki tervezési feladatokhoz (reverse engineering), méréstechnikai, orvostechnikai és művészeti alkalmazásokhoz.
A kis hatótávolságú szkennelés magában foglalja a nagyon kicsi és közepes méretű objektumok digitális modelljének létrehozását a felületkiképzés, a fényesség, a fényvisszaverő képesség, a textúra, a szín, valamint a bonyolultsági és részletességi szintek széles skáláján. A Creaform pontos és hatékony technológiái lehetővé teszik a használatra kész STL fájlok létrehozását percek alatt.
- Részletes vizsgálat
- Visszafejtés
- 3D digitális megőrzés és archiválás
- Versenyképes termékelemzés
- Felkészülés a gyors prototípuskészítésre (beleértve a színt is) és a prototípus vizsgálatára
Extrém esetek a 3D modellezésben – amikor egy felbecsülhetetlen értékű tárgy „léte” a tét
Az ipari tervezés és gyártásoptimalizálás során is előfordulhat, hogy egy alkatrészre vagy objektumra úgy kell vigyázni, mint egy hímes tojásra. Egy műemlék vagy például egy történelmi hangszer esetén visszafordíthatatlan károkat okozhatunk, ha nem az optimális mérőeszközök közül választunk segítőtársat. Sőt, olyan esetek is lehetnek, ahol páratlan értékű műemléket, művészeti alkotást őrizhetünk meg a technológia használatával az utókornak.
- A történelmi hegedűk mérése például kulcsfontosságú információkat szolgáltat a hangszerek morfológiájáról, amelyek mind a kutatók, mind a hegedűkészítők számára hasznosak. Ezeket a méréseket általában kézzel végzik, de csak alkalmanként lehet megismételni, mivel ezekhez az értékes hangszerekhez csak korlátozottan lehet hozzáférni, és el kell kerülni a fa vagy a lakk véletlen felsértését.
- Néhány éve egy, a technológiai fejlődés mellett elkötelezett, 3D szkennelési alapismeretekkel rendelkező őslénykutató diák egy kenyai ásatási helyszínen indult expedícióra, hogy digitalizálja a világhírű paleontológusok által felfedezett leleteket. Ezzel a 3D szkennelés és modellezés új fejezetet nyitott a paleontológiában, hatékony eszközt adva a kutatók kezébe törékeny, felbecsülhetetlen értékű leletanyagaik megőrzésére. Lehetségessé vált a kollégák szélesebb körének bevonása a minták minden eddiginél mélyebb vizsgálatába, ráadásul a technológiával jobban ösztönözhető a fiatalabb generáció is az emberi eredetre vonatkozó alapvető kérdések keresésére. A 3D szkennelés azóta még tovább fejlődött, a gépek rugalmasabban használhatóvá váltak, egyre jobban adaptálódva akár extrém körülményekhez is.
- Maguk a szuperhősök sem lennének azok, akiknek mi ismerjük őket a 3D modellezés technikája nélkül. A Marvel számos ikonikus tárgynál vette igénybe a 3D nyomtatást, ilyen például Thor kalapácsa. Ez egy rendkívül részletes kellék, bonyolult mintákkal és textúrákkal, amit nehéz lett volna létrehozni bármilyen más gyártási módszerrel. A részletek, az arányok, az ergonómia és még a kalapács súlyának elérése is számos iterációt igényelt. A kelléknek rendkívül erősnek, ugyanakkor elég könnyűnek kellett lennie ahhoz, hogy a színész könnyedén mozgassa a forgatáson. Ennek elérése érdekében a tervezők létrehozták a kalapács CAD modelljét, amely lehetővé tette számukra, hogy a bonyolult részleteket a kalapácsra modellezzék, a kalapács belsejét pedig a súly csökkentése érdekében üregessé tegyék.
3D modellezés és visszamodellezés a jövő méréstechnikájában
Merre fejlődhet a 3D modellezés és visszamodellezés a méréstechnikai iparág fejlődésének köszönhetően? A modellezés és visszamodellezés jövőjét az új metrológiai érzékelők, a gyorsabb és olcsóbb számítógépek által lehetővé tett kifinomultabb szoftverek, valamint a mesterséges intelligencia fejlődése határozza meg. A mesterséges intelligencia különféle iparágakba való integrálása a technikai korszak egyik fontos tényezőjévé válik.
Kifinomultabb érzékelők = pontosabb eredmény még gyorsabban
Vannak olyan bonyolult geometriájú alkatrészek vagy szerkezetek, amelyekről még mindig nagyon időigényes vagy lehetetlen elég pontos/részletes 3D modellt készíteni. Ilyen például minden szabadfelület, vagy az additív gyártástechnológiával gyártott alkatrészeknél a belső, alámetszett felületek. A technológia további fejlődése és az új mérőeszközök megjelenése várhatóan további lehetőségeket nyit meg a 3D modellezés és visszamodellezés alkalmazásában, elősegítve a különböző iparágak szereplőinek innovációját, versenyképességét.
A 3D szkennerek és a visszafejtő szoftverek intelligensebbé, olcsóbbá és a nem műszaki személyzet számára elérhetőbbé válásával a gyors prototípuskészítés még elterjedtebb lesz a különböző területeken. A hagyományos és gyakran lassú gyártási eljárások, például a CNC-megmunkálás vagy fröccsöntés helyett az additív gyártást választják a pontos, funkciókban gazdag prototípusok menet közbeni fejlesztése érdekében.
Kézi, hordozható 3D szkennerek segítségével bármilyen terméket vagy alkatrészt szkennelhetnek közvetlenül a gyártási környezetben, és feltölthetik a 3D-s pontfelhőt mérő- vagy CAD szoftverbe további virtuális tesztelés és elemzés céljából, vagy 3D nyomtatószoftverbe, hogy gyors, nagy pontosságú prototípust hozzanak létre.
Ami itt is megkerülhetetlen versenyelőny: a mesterséges intelligencia
A mesterséges intelligencia (AI) csökkentheti az összetett termékek és rendszerek tervezéséhez szükséges időt és erőfeszítést, ami gyorsabb piacra kerüléshez, alacsonyabb költségekhez és jobb termékminőséghez vezethet. Ezenkívül az AI segíthet a tervezőknek a tervezési lehetőségek szélesebb skálájának felfedezésében, ami innovatívabb és kreatívabb terveket eredményez.
Az AI-t kétféleképpen használják a CAD-tervezésben: mesterséges intelligencia által támogatott tervezés és mesterséges intelligencia által generált tervezés.
A mesterséges intelligencia által támogatott tervezés a tervezési kritériumok alapján javaslatokat tesz a tervezőknek, így időt takarít meg a tervezési folyamat során. A mesterséges intelligencia által generált tervezés algoritmusokat használ a meghatározott tervezési kritériumoknak megfelelő tervezési lehetőségek létrehozására. Ez a folyamat olyan terveket hozhat létre, amelyeket az emberek nem tudnának manuálisan létrehozni.
Az AI segítségével a mérnökök még gyorsabban és hatékonyabban optimalizálhatják a terméket. Bizonyos cégek már használják a mesterséges intelligencia alapú szegmentálást CT-s alkalmazásoknál. Ilyen alkalmazások pl. a többféle anyagból álló vizsgálati darabok, kompozitok (szénszál, üvegszál, üveggyöngy erősítésű). A mesterséges intelligencia által generált szimuláció automatizálja a teljes szimulációs folyamatot, így jóval gyorsabban generál szimulációkat, mint az emberek.
A gépi tanulási technikák, különösen a mesterséges neurális hálózatok használata a gyakori CAD-modellek adatainak elemzésében segítheti a CAD-tervezőt a tervek és hibáinak előrejelzésében a gépi tervezés folyamatában.
A modern technológiából csak értő kezekben lehet versenyelőny. Mérnöki irodánk évtizedes tapasztalattal rendelkezik, így nyugodtan fordulhat hozzánk, ha valakinek 3D szkennelésre, mérésre van szüksége. Kizárólag a legjobb szoftvereket használjuk és átfogó tapasztalattal rendelkezünk, akár a legbonyolultabb feladatok elvégzésében is, ami létfontosságú a 3D modellezés és visszamodellezés során. Velünk a legtöbbet hozhatja ki a gyártási folyamatokból, mindezt pontos és precíz végeredménnyel.
